三相标准功率源控制算法研究

　　1　三相标准功率源原理及主要功能

　　SY3306D三相标准功率源是一台能够产生三相精密电压、电流的标准电源,它可以输出准确度等级为0.05%的电压、电流、功率信号;相位和频率可以灵活设置并保证一定的输出精度;系统不仅可以输出纯正弦信号,还可以输出谐波信号,谐波的范围2~31次。其整机原理框图如图1所示。

　　工控机是整个系统的控制核心,主要承担输入输出等人机接口工作、数字闭环控制算法、协调波形发生模块产生设定波形和档位、接收来自数字反馈环节的监测数据。波形发生单元是在工控机的控制下,按照设定产生三相电压、电流的功放驱动信号。数字反馈单元主要是在系统反馈点上,按照设定的采样速率,监控实际输出量的大小并传递给工控机。

　　2　常规PID、模糊控制算法分析

　　在基于计算机的控制系统中,主要依靠控制差分方程式(3)计算出基于前一个输出的设定值的差值,然后重新调整输出,以此周而复始的循环达到控制的目的。PID算法的优势主要在于在系统将要达到设定目标稳态的时候,系统总是可以高度近似为一个线性系统,按照线性系统经典控制理论的要求,只要合理的调节PID参数,便可以获得一个理想的无差控制系统。但控制精度和动态响应存在一定的矛盾,即在强调控制精度的时候,可能会造成比较大的超调和响应时间,这种特性应用在标准源中会表现为:微调输出时,输出振荡和稳定时间过长。

　　模糊控制属于智能控制的一种,一个基本的模糊控制系统必须由模糊器、模糊推理机和解模糊器组成。与经典PID控制相比,基本的模糊控制的优势主要在于用于复杂(难以建立数学模型,设立传递函数的系统)、大时滞、强耦合系统时,可以有效降低超调和减少振荡,具有适应性强、上升时间快、鲁棒性好等特点。

　　3　混合模糊控制算法设计

　　鉴于本标准源的特性,既要求有高的控制精度、良好的动态性能和较短的响应时间,又可以适应因元器件分散性带来的系统特性变化和微机系统由于处理多任务造成的系统延迟不可控,因此本文利用经典PID和模糊控制两者的优点,设计了一个混合控制器。基本的设计思想是:在系统调整阶段,利用模糊控制根据系统响应的状态,动态控制PID的各个增益以达到减少超调,缩短响应时间;在系统稳定阶段,独立使用PID控制器以达到较高的控制精度。整个混合控制器框图如图2所示。

　　3.1　模糊器的设计

　　假定e(t)和ec(t)的定义域为[-0.001,+0.001],并在其上定义7个如图3所示的模糊集合,这里e(t)和ec(t)采用三角形模糊器。α参数定义域假设为[2,5],采用三角形模糊器并在其定义域上的模糊集合见图4,图5是K′p、K′d的隶属度函数。